钢筋混凝土箱形无铰拱拱轴线与拱上建筑优化研究

以240 m跨的斜拉悬浇拱桥贵州沙坨特大桥为工程背景,采用简支T梁和全桥不分联钢-混组合梁并根据结构参数确定拱轴系数并优化后进行有限元静力计算,分析拱上建筑轻型化与拱轴系数对桥梁结构的静力的影响,优化拱圏内力,向超大跨径发展提供一个有效途径。     

大跨径钢筋混凝土拱桥主拱圈优化设计

随着拱桥施工技术的不断发展创新,混凝土材料强度不断提高,大跨径钢筋混凝土拱桥修建越来越多。采用大型分析软件Ansys,针对600m跨钢筋混凝土拱桥进行主拱截面的优化设计,得到各截面参数对主拱圈的影响,为大跨径钢筋混凝土拱桥设计提供借鉴。     

拱上建筑加载顺序对主拱圈的影响

以钢管混凝土肋拱桥为例,根据结构有限元理论建立空间分析的有限元模型,研究了拱上建筑加载顺序对主拱圈变形及受力的影响,从而选择更为安全的拱上建筑施工加载顺序.     

竖向地震作用对上承式拱桥的影响

以一座跨径131 m的实际钢筋混凝土箱板拱桥为基础,建立了全桥计算模型,沿顺桥向、横桥向单向和多向输入地震反应谱,采用反应谱法计算了该桥的地震反应。通过改变反应谱输入方式和该桥的矢跨比、拱轴系数,计算了不同矢跨比、不同拱轴系数下主拱圈地震内力,比较分析了在竖向地震作用影响下,主拱圈地震内力的差别。研究结果表明,对于大跨度上承式箱板拱桥,竖向地震作用对拱圈的地震内力是有放大影响的,不考虑竖向地震作用的影响是不合理的。     

竖向地震作用对上承式拱桥的影响

以一座跨径131 m的实际钢筋混凝土箱板拱桥为基础,建立了全桥计算模型,沿顺桥向、横桥向单向和多向输入地震反应谱,采用反应谱法计算了该桥的地震反应。通过改变反应谱输入方式和该桥的矢跨比、拱轴系数,计算了不同矢跨比、不同拱轴系数下主拱圈地震内力,比较分析了在竖向地震作用影响下,主拱圈地震内力的差别。研究结果表明,对于大跨度上承式箱板拱桥,竖向地震作用对拱圈的地震内力是有放大影响的,不考虑竖向地震作用的影响是不合理的。     

千米级缆拱组合桥概念设计研究

采用给拱肋卸载及悬索桥不设锚碇的理念,提出一种新的桥梁结构体系——缆拱组合桥,其主要由主拱、主缆、主塔、边拱及主梁组成。通过选取适宜的垂跨比、矢跨比、拱轴线等参数来调整拱和缆分担主跨桥面荷载的比例,让缆承担更多荷载,从而拱肋得到大幅度卸载,既降低了其应力水平,又提高了稳定性,使缆拱桥的跨径可以超越拱桥。以1 008 m跨径为例,对缆拱桥进行概念设计,并通过有限元研究其结构强度、刚度、稳定性等问题。研究表明:缆拱桥不仅保留了悬索桥承载力高、拱桥刚度大的特点,同时还具有一定的美学价值。     

拱桥封缝处理及拱脚加固技术在宣大高速公路上的应用

拱桥及病害概况 宣大高速公路K187＋190中桥位于宣化境内K187＋190处,该桥行车方向与水流方向交角90°,上部结构为钢筋混凝土无铰拱,下部结构为浆砌块石空腹桥台,扩大基础。设计荷载汽车-超20,挂-120。主拱圈为等截面悬链线无铰拱,矢跨比为1/5,拱轴系数m=3.142,腹拱拱圈为圆弧拱,矢跨比1/4。     

叠合系杆拱桥主拱的内力分析

结合一钢管混凝土叠合系杆拱桥方案,考虑在汽车荷载、支座位移以及混凝土徐变发生的几种工况下,运用有限元程序对其主拱的内力、变形进行了计算与分析,并与相应的哑铃型拱进行比较.给出上、下拱肋为不同矢跨比情况下的主拱拱脚截面内力,当叠合拱桥的上、下拱肋矢跨比分别采用1/5、1/4与矢跨比为1/5的哑铃拱拱肋的内力和主梁及拱顶变形计算结果.经过分析比较,叠合拱较哑铃型拱从结构刚度、内力等方面均得到了较好的改善,使结构从受力方面更容易满足工程设计的需要.     

700 m级中承式缆拱桥设计

随着拱桥跨径的增加,拱肋稳定性问题突出,且巨大的推力需通过系杆或基础平衡,大跨度悬索桥的庞大锚碇耗资巨大. 针对这两个问题,结合拱和缆索的受力特点,提出一种新的桥梁结构体系——中承式缆拱桥. 首先,在主跨和边跨均加入拱圈;其次,去掉悬索桥锚碇,将主缆锚固于边拱拱脚;最后,通过选取适宜的垂跨比、矢跨比及拱轴系数,保证结构在恒载作用下主缆张力、主拱推力、边拱推力在数值上基本相等,从而使结构处于无推力状态并达到改善结构力学性能的目的. 给出了新型桥的具体结构形式和受力机理,并以700 m跨径为例对其进行设计研究,对其施工过程提出了设想. 有限元计算分析表明:中承式缆拱桥的拱与缆索共同承担桥面荷载,与同条件下的连续拱桥相比,其强度承载力提高约25%,稳定承载力提高约70%,同时恒载作用下结构产生的水平力基本为0,为突破拱桥跨径奠定了坚实的基础.      

拱脚变位对覆土波纹钢板拱桥受力性能的影响

结合内蒙某实际桥梁参数,利用有限元软件建立了考虑土与波纹钢板相互作用的二维平面应变模型,通过对模型施加强制位移,计算分析了10种不同拱脚变位工况下结构的受力和变形的变化规律.拱脚发生水平位移时对结构受力性能的影响比拱脚发生竖向沉降时大,拱脚水平位移造成结构位移增大,拱圈应力由受压转为受拉;拱脚不均匀沉降对结构的影响较均匀沉降大;特别是拱脚同时发生不对称的竖向和水平位移使结构位移显著增加,拱圈两侧拉压应力数值都明显增大.拱脚变位还会造成拱脚反力变化,特别是不均匀拱脚变位时会出现反力方向变号.尽管覆土波纹钢板拱桥变形适应能力较强,但在设计和施工中也应采取措施,避免和减小基础的变位.     

猛洞河大桥主桥结构设计

猛洞河大桥是永吉高速公路上的一座特大型桥梁,主桥采用跨径268 m上承式钢管混凝土结构。对大桥桥型方案构思、主拱圈选型、矢跨比、拱上建筑和节点形式进行说明,阐述了主拱圈和拱上建筑的构造细节,为山区地形条件下的上承式钢管混凝土拱桥设计提供参考。     

空腹式拱桥新型拱轴线研究

将常规线型作为空腹式拱桥的拱轴线,有着方法上和理论上的不完善.基于空腹式拱桥的实际恒载分布,提出将主拱圈自重与行车道系自重之和的压力线作为拱轴线,由受力平衡微分方程,使用四阶Runge-Kutta法进行求解,提出用悬索线与抛物线的组合作为空腹式拱桥新型拱轴线,通过数学分析、拱轴线坐标、主拱圈内力和实际算例,验证了其合理性.     

钢筋混凝土箱拱结构桥梁拱架施工实例

工程概况 某大桥采取钢筋混凝土箱拱结构形式,其中桥梁的主拱圈为钢筋混凝土等截面悬链线拱．净跨径110m,矢高22m,矢跨比1／5．拱轴系数1．543．采用悬拼拱架现浇施工。。半幅桥梁主拱圈采用单箱三室截面,截面高2．1m,宽9．0m,拱脚段箱梁顶、底板厚度为O．3m,其余截面顶、底板厚度为0．25m,腹板厚度保持0．3m不变。拱箱在立柱处设置横隔板,其余部分隔一定距离设置．横隔板厚度为O．3m,     

劲性骨架拱桥主拱圈混凝土四工作面浇筑法

为研究受力合理、施工方便、经济性好的劲性骨架拱桥主拱圈混凝土浇筑工作面设置方法, 以南盘江特大桥为对象, 分析了从两拱脚对称浇筑第1环混凝土在劲性拱骨架上产生的瞬时应力变化过程, 做出了劲性骨架主要控制截面的应力过程线, 提出了在全拱纵向对称设置4个工作面的主拱圈混凝土浇筑方法, 并将工作面分别设置在拱脚截面和控制性应力过程线峰值处, 使半跨内2个工作面上混凝土在劲性骨架中产生的应力增量异号, 以抵消部分应力; 通过分段拟合绝对控制应力过程线上升段和下降段的连续函数, 合理调整了混凝土的浇筑长度和顺序, 降低了劲性骨架的瞬时应力和变形; 讨论了四工作面浇筑法的施工操作性和经济性, 并采用该方法分析了南盘江特大桥主拱圈第1环混凝土浇筑过程中劲性骨架的应力和变形。研究结果表明: 拱脚管内混凝土应力过程线为控制性应力过程线且为单波曲线; 提出的先跨内、后拱脚, 并按拟合函数计算的长度进行南盘江特大桥混凝土浇筑的四工作面法是合理的, 该桥劲性骨架最大瞬时拉、压应力分别降至0.4和23.5 MPa, 被较好地控制在材料强度范围内, 拱顶无上挠, 最大瞬时下挠和环末下挠分别为192、82 mm, 拱轴线不发生反复变形; 四工作面浇筑法所需设备和人员较少, 具有良好的操作性和经济性, 适合于劲性骨架拱桥主拱圈混凝土浇筑, 可为同类桥梁采用。      

钢管混凝土拱桥主拱混凝土浇灌的纵向优化分段

根据钢管混凝土拱桥施工过程体系转换的特点,通过成拱状态弯曲应变余能逼近其合理状态应变余能,使成桥运营状态主拱拱轴逼近其恒载压力线,改善钢管混凝土拱桥运营状态的力学性能,提出了主拱混土浇灌纵向分段逆分析方法及其优化快速近似重分析技术。     

混凝土拱桥悬臂浇筑施工力学性能研究

为控制悬臂浇筑混凝土拱桥施工内力及变形,运用大型有限元分析软件ANSYS自带的零阶优化法,基于扣索一次张拉法开展混凝土拱桥悬浇施工力学性能研究,主要分析了悬浇长度、挂蓝构造形式、预应力、扣索锚固位置对拱圈施工内力及变形影响。结果表明:改变节段长度和扣索锚固位置对拱圈施工内力影响不大,在拱圈顶板设置预应力能有效减小施工内力,但对施工变形影响不大,挂篮构造形式对主拱圈施工内力及变形影响均较大,悬臂浇筑钢筋混凝土拱桥建议采用前支点挂篮施工。     

拱桥拱脚局部应力分析及拱脚处预应力钢束布置研究

结合某80m钢管混凝土拱桥设计,阐述了拱脚处局部应力分析流程及钢管混凝土拱桥拱脚设计注意事项,根据拱脚处局部应力分析,对拱脚处预应力钢束布置进行了对比研究,希望能为类似桥梁设计提供有益的参考。     

大跨覆土波纹钢板拱桥结构加强措施研究

由于结构承受回填土压力,随着跨度增加,覆土波纹钢板拱桥的内力增幅较大,有必要对波纹板拱圈采取结构加强措施.基于跨径为16m的圆弧拱桥,采用混凝土复合加强肋方案对拱圈进行加强,分别建立了未加强、拱脚部位加强、沿拱圈环向加强和沿拱圈与横向的双方向加强等4种考虑土结相互作用的三维有限元模型,计算和对比分析了4种情况下结构的受力和变形特点.结果表明,覆土波纹钢板圆弧拱桥应力分布不均匀,对受力最大部位的拱脚采取局部加强措施能够显著改善结构的受力性能;环向加强措施改善了结构受力性能,但结构整体性较差;双向加强措施的改善效果明显,且有利于提高结构的整体性.     

万车拱桥的加固维修

万车双曲拱桥主拱圈和拱上建筑出现病害破坏,采取对主拱圈增加拱肋和按梁板体系重新实施拱上建筑的方式进行加固维修,效果较好。     

美兰法与美兰拱桥技术发展综述

回顾了美兰法100多年的发展历程,讨论了相关专业术语及其内涵与外延;调查分析了美兰拱桥在中国的应用现状,总结了美兰法的技术发展要点和历史经验;指出了美兰法技术与美兰拱结构的研究现状与发展方向。研究结果表明:美兰法在19世纪末和20世纪上半叶从欧美起源,20世纪下半叶传到中国和日本;按所采用的埋置拱架类型,其在中国的发展可分为半劲性拱架、(一般)钢管混凝土(CFST)拱架和强劲CFST拱架3个阶段;美兰拱桥为混凝土拱桥的一种,美兰法所用的埋置拱架以服务施工为主,成桥后对混凝土的增强作用为辅;截至2021年5月,收集到的中国已建成或在建的美兰拱桥有57座,2007年以来,跨径250 m以上的混凝土拱桥均采用此法修建,其中最大跨径为600 m;美兰拱桥主要应用在中国西南山区的公路桥梁中,近年在铁路桥中的应用增多,以上承式双肋组拼拱为主,矢跨比集中在1/4~1/6,拱轴线多采用悬链线;CFST拱架截面积在主拱截面中的占比、钢管直径、钢管和混凝土材料强度均随时间的推移和跨径的增大而不断提高;应用美兰法时要综合考虑有限的用钢量、受控的结构受力和简便的施工这3种因素;预埋拱架从最早的型钢向类桁式、箱式、桁式发展,目前以桁式为主,桁式钢管拱架多采用悬臂法架设,转体法也有应用且形式多样;为减少用钢量,并控制施工过程中结构的受力与变形,中国创新地引入了CFST桁式结构作为埋置拱架,并采用预压、辅助锚索、多点平衡浇筑、斜拉索等调载方法;近年来,通过采用强劲CFST拱架,外包混凝土横向分环浇筑工序减少至3环及以下;在美兰法应用方面,应以强劲CFST拱架为核心,继续开展材料、结构与施工技术方面的研究;在美兰拱结构方面,应加强钢管增强混凝土结构、超高性能材料、钢腹板(杆)-混凝土组合拱受力性能研究;同时,还应深入研究美兰拱桥的耐久性,从而为新建桥梁的设计和既有桥梁的维修养护服务。